Teho ja Watit

Julkaistu: torstai 9.2.2017

Tällä sivulla kerrotaan perusasiat sähkötehon kulutuksesta ja tehohäviöistä. Ennen tämän sivun lukemista on suositeltavaa, että luet sivun missä kerrotaan ohmin laista tai jos et ole lukenut sitä, niin olisi hyvä että ymmärrät kyseisen asian.

Sähkötekniikassa puhutaan usein aiheesta sähköteho ja siihen liittyen sähkönkulutuksen wateista. Sähkötehoa merkitään symbolilla P ja sitä mitataan watteina, jonka symboli on W.

Sähköteho aiheutuu piirissä aina jännitteestä (U tai V) ja virrasta (I). Sähköteho muuttuu komponentissa lämmöksi, joka voidaan laskea. Watit kertovat näin ollen sen, miten paljon komponentissa aiheutuu tehohäviötä joka ilmenee lämpönä.

Sähkötehon kaavat

P = UI          I = P/U          U = P/I

Ylle on merkitty ohmin laista johdetut tehoon liittyvät kaavat, joista saadaan selville jokainen yksittäinen tuntematon, kun kaksi muuta tunnetaan. Jotta asia selvenee, niin otetaan esimerkki.

Vieressä oleva kuva esittää vastusta R jonka läpi menee virtaa I. Vastuksen yli muodostuu tällöin jännitehäviö U (joskus tätä saatetaan merkitä myös V:llä) ja yhdessä nämä muodostavat komponentille tehohäviön P, joka on merkitty kuvaan punaisella.

Jos komponentteja on kytketty sarjaan, niin tällöin niille kullekin jää  oma tehohäviönsä. Kytkentöjä tehdessä onkin hyvä laskea eri tehohäviöt, jotta komponenttien tehonkesto saadaan varmistettua. Tehonkeston parantamiseksi on olemassa erilaisia keinoja, mutta ei pureskella niitä tässä ettei asia rönsyile liikaa.

Tehohäviöiden laskeminen

Valaistaan asiaa esimerkin avulla: kytketään esimerkiksi diodi, vastus ja LED sarjaan, kuten alla olevassa kuvassa. Kuvaan on merkitty virta, jännitteet ja tehonkestot kullekin komponentille.

Jotta tehohäviöitä voidaan laskea, täytyy ensin laskea kytkennän läpi kulkeva virta sekä komponenttien yli vaikuttavat jännitteet. Koska kyseessä on sama kytkentä kuin ohmin laki sivuilla, voimme käyttää siellä laskettuja tuloksia hyväksemme.

Mainitulla sivulla oli tehty seuraavat oletukset:

  • Lähdejännite U on 9 V - eli tavallinen 9 voltin paristo
  • Vastuksen R resistanssi on 1 kΩ
  • LED:in kynnysjännite on 2,0 V ja diodin 0,6 V

Näiden tietojen perusteella oli laskettu, että kytkennässä kulkee virtaa 6,4 mA ja jännitteet pisteissä UA on 8,4 volttia ja UB on 2,0 volttia. Kun jännite ja virta tunnetaan, voidaan tehot kullekin komponentille laskea. Tässä tapauksessa voidaan soveltaa kaavaa P=UI, jolloin kullekin komponentille saadaan:

Pd = Ud * I = 0,6 V * 0,0064 A = 0,00384 W = 3,84 mW

PR = UR * I = 6,4 V * 0,0064 A = 0,0409 = 40,9 mW

PLED = ULED * I = 2,0 V * 0,0064 A = 0,0128 = 12,8 mW

Voidaan näin ollen huomata, että komponenteissa kuluu varsin vähän tehoa, mutta eihän kytkennässä kulje paljoa virtaakaan ja jännitteet ovat pieniä.

Tehohäviön merkitys käytännössä

Tehohäviö vaikuttaa käytännössä siihen, millainen komponentti fyysisiltä ominaisuuksilta kannattaa kytkentään valita. Jos tehohäviö on suuri, tarvitsee komponentin tehonkeston olla riittävä, jotta sen kotelo kykenee luovuttamaan ympäristöön tarpeeksi lämpöä itsestään pois.

Vastuksista löytyy erilaisia tehonkestoja ja erikseen on tehovastuksiakin, jotka kestävät satojen wattien lämpötehoja asianmukaisesti jäähdytettynä. Myös teholedejä ja -diodeja löytyy erilaisia.

Jos saatavilla ei esimerkiksi ole paljon tehoa kestäviä vastuksia, niin vastuksia voidaan kytkeä rinnan riittävä määrä jolloin tehohäviö jakautuu useammalle vastukselle. Eihän tämä kovin halpaa ja käytännöllistä ole, mutta jos ei muutakaan keinoa ole äkkiä saatavilla niin menee se näinkin.

Tehohäviön hyödyntäminen

On tietysti sovelluksia, missä tehohäviötä tuotetaan tarkoituksella paljon. Esimerkiksi sähkökiuas on tarkoituksellisesti tehty niin että se tuottaa tietyn määrän lämpötehoa ja kiukaiden lämpötehoissa puhutaan tuhansien wattien tehoista. Täytyyhän saunassa olla kuuma!

Myös esimerkiksi autojen takalaseissa on tehovastus, joka lämmittää lasia ja sulattaa jäätä sen pinnalta talvisin. Sinun juotinlaitteessakin on tehovastus, joka lämmittää juottimen kärjen niin kuumaksi että tina sulaa.

Tehohäviötä hyödynnetään siis sovelluksissa, missä ympäristöä tai jotakin kohdetta pitää lämmittää.